Процессы выплавки меди: объяснение пирометаллургии и гидрометаллургии

Два пути от руды к рафинированной меди

Медеплавильная промышленность превращает добытую руду в металл той чистоты, которая необходима проволочным и трубным заводам, и промышленность использует два маршрута, чтобы добраться до этой цели. Пирометаллургическая плавка работает при высоких температурах на сульфидных концентратах и ​​обеспечивает примерно 80–90% мирового производства рафинированной меди. Гидрометаллургическая обработка растворяет медь из оксидных руд и низкосортных или сложных материалов в выщелачивающем растворе и извлекает ее путем экстракции растворителем и электровыделения, внося оставшиеся 10–20%. Эти два маршрута скорее дополняют друг друга, чем конкурируют: сульфиды несут большую часть мировых запасов меди, а также драгоценные металлы, которые необходимо добывать, в то время как оксиды и смешанные руды лучше перерабатываться путем выщелачивания.

Пирометаллургическая плавка: четыре шага

Обычная пирометаллургия меди проходит четыре последовательных этапа, на каждом из которых удаляется определенная группа примесей.

Плавка штейна предназначена для окисления сульфидной фракции железа в концентрате, сохраняя при этом медь в сульфидном штейне, который не будет шлаковаться. При конвертировании через расплавленный штейн продувается воздух или-обогащенный кислородом воздух, в результате чего оставшаяся сера окисляется, а железо шлакуется, оставляя черновую медь. Затем огневое рафинирование окисляет и удаляет последние химически активные примеси, а также регулирует содержание кислорода перед заливкой металла в аноды. Электрорафинирование — это этап очистки: постоянный ток растворяет анод и осаждает чистую медь на катоде, тогда как большая часть примесей остается в электролите или оседает в анодном шламе, из которого позже извлекаются золото, серебро и металлы платиновой группы.

Современные технологии плавки

С 1980-х годов промышленность перешла от реверберационной и доменной плавки к интенсифицированным кислородным-процессам с более эффективной рекуперацией энергии и более строгим контролем выбросов.

При взвешенной плавке концентрат глубоко сушится, а затем вводится в реакционную башню с флюсом и воздухом,-обогащенным кислородом. Мелкие частицы остаются во взвешенном состоянии в течение одной-трех секунд и почти мгновенно окисляются, выделяя достаточно тепла для поддержания реакции, поэтому процесс приближается к автогенному. Время пребывания короткое, производительность на единицу высока, а отходящий-газ богат диоксидом серы и поэтому легко преобразуется в серную кислоту. Взвешенная плавка требует глубокой сушки, мелкого и постоянного размера частиц, а также контроля содержания свинца и цинка в сырье.

При плавке в ванне воздух или кислород впрыскивается непосредственно в ванну расплава с использованием фурм с боковым-дутьем, верхним-дутьем или нижним-дутием. Интенсивное перемешивание обеспечивает превосходный тепло- и массоперенос, допускает более широкий диапазон влажности сырья и размера частиц, чем взвешенная плавка, и, как правило, дает меньше пыли за счет большего износа огнеупоров и более сложной конструкции печи.

Концепции непрерывного конвертирования и-одной печи сочетают в себе плавку штейна и конвертирование, что позволяет отказаться от периодической обработки в ковшах, сократить потребление энергии и стабилизировать состав отходящего-газа на кислотных установках.

Подготовка сырья имеет такое же значение, как и выбор печи. Концентраты сушат, смешивают и анализируют, чтобы химический состав шихты оставался в пределах диапазона, на который рассчитана печь; излишки свинца и цинка в сырье повышают вязкость шлака, увеличивают циркуляционные нагрузки и сокращают срок службы огнеупоров, а высокая влажность вызывает проблемы с подачей и паровые взрывы.

Гидрометаллургия и маршрут SX-EW

При гидрометаллургическом производстве меди медь растворяется из руды или концентрата, а затем извлекается электрохимически. Маршрут состоит из четырех ступеней.

Выщелачивание: медь растворяют серной кислотой, аммиачным раствором или раствором сернокислого железа. Оксидную руду можно выщелачивать напрямую, низкосортный материал - кучным или отвальным, а сульфидные концентраты требуют тонкого измельчения, обжига или выщелачивания под давлением.

Экстракция растворителем: насыщенный выщелачивающий раствор контактирует с органическим экстрагентом, который избирательно переносит медь в органическую фазу и удаляет железо и другие примеси.

Отгонка: загруженная органическая фаза контактирует с сильной кислотой, переводя очищенную медь обратно в водный электролит.

Электрохимическое получение: ток пропускают через очищенный электролит, и медь осаждается на катодах из нержавеющей стали в виде катодной меди высокой-чистоты.

Преимуществами этого маршрута являются его низкая капиталоемкость, его пригодность для месторождений оксидов и низкосортных месторождений, низкие энергозатраты по сравнению с плавкой, а также отсутствие выбросов диоксида серы при отсутствии обработки сульфида. Его ограничениями являются более медленный цикл, сложность переработки халькопиритового концентрата в промышленных масштабах, более высокая чувствительность к уровню примесей в электролите и более низкое извлечение драгоценных металлов по сравнению с методом плавки.

Экологический контроль и тенденции отрасли

Современные металлургические заводы улавливают диоксид серы из отходящего газа-на кислотном заводе, восстанавливая его в виде серной кислоты, а не выбрасывая в атмосферу; степень извлечения на лучших заводах превышает 95% вводимой серы, и теперь применяются строгие ограничения на концентрацию остаточных выбросов. Отходящее тепло печи и конвертера рекуперируется в виде пара для выработки электроэнергии. Шлак гранулируется и продается цементной и строительной промышленности или перерабатывается в печи очистки шлака для извлечения унесенной меди, а техническая вода рециркулируется в закрытых контурах. Помимо контроля выбросов, тенденциями, меняющими облик выплавки меди, являются повышенное обогащение кислородом, автогенный и самонагревающийся-режим, непрерывное, а не периодическое конвертирование, увеличение мощности одной-линии и полное компьютерное-управление процессом, которое позволяет одной линии оператора управлять гораздо более крупной печью. Высокозатратные, небольшие и технологически устаревшие плавильные заводы продолжают закрываться, в то время как более крупные заводы инвестируют в автоматизацию и лучшее извлечение остаточной меди и ценных побочных продуктов.

Часто задаваемые вопросы

Вопрос: Каковы два основных маршрута выплавки меди?
Пирометаллургическая плавка сульфидных концентратов, дающая около 80% рафинированной меди, и гидрометаллургическое выщелачивание с экстракцией растворителем и электролизом, при котором большая часть остатка получается из оксидных и низкосортных руд.

В: Что такое медный штейн?
Штейн — это расплавленный сульфид меди-железа, полученный на первом этапе плавки. Он концентрирует медь и отбрасывает окисленное железо в шлак, а также является сырьем для стадии конвертирования.

В: Зачем необходимо электрорафинирование?
При огневом рафинировании остается чистая медь примерно на 99%, чего недостаточно для использования в электротехнике. При электрорафинировании анод растворяется и осаждается медь с чистотой 99,99%, а примеси улавливаются электролитом и анодным шламом.

Вопрос: Что означает SX-EW?
Экстракция растворителем и электролиз – две стадии очистки, а затем извлечения меди из раствора выщелачивания для производства катодной меди.

Вопрос: Какой процесс используется для переработки оксидной медной руды?
Оксидную руду невозможно экономически концентрировать флотацией, поэтому ее выщелачивают кислотой, очищают экстракцией растворителем и извлекают электролизом.

Вопрос: Как контролируется диоксид серы при плавке?
Диоксид серы в отходящем-газе печи преобразуется в серную кислоту на кислотном заводе, при этом большая часть серы извлекается в качестве товарного продукта и удерживается выбросы из дымовых газов в строго регламентированных пределах.